一种混合定子极定子永磁电机的制作方法

本发明涉及永磁电机，尤其涉及一种混合定子极定子永磁电机。

背景技术

永磁电机按照永磁位置常可分为转子永磁电机和定子永磁电机，其中以转子永磁电机发展的更早且更成熟。近几十年内，随着永磁材料和电力电子技术的不断发展，定子永磁电机展现出自身高鲁棒性，高转矩密度的特点，从而得到了科研人员的广泛关注和研究。其中最为常见的三种定子永磁电机结构为双凸极永磁电机，磁通切换电机和磁通反向电机。

传统磁通切换电机利用了永磁体高磁能积的特点，又具有聚磁式的永磁排布，因而具有高功率密度，高效率的特点，但其永磁体整个贯穿定子铁心，永磁体用量很大，这一结构一方面限制了定子槽面积，进而限制了最终的永磁转矩，另一方面由于永磁体价格昂贵，通常在电机成本中占据显著的地位，故其最终也造成了磁通切换电机成本较高，不利于其大规模的扩散和应用。

传统磁通反向电机永磁体表贴于定子齿下端，结构简单，安装方便，转矩密度较高，并且与传统磁通切换电机相比，永磁用量很少，但其存在较大永磁极间漏磁，这就限制了其最终的转矩输出能力。采用交替极结构的磁通反向电机可以一定程度上减少永磁极间漏磁，以进一步提高转矩输出，并且使得永磁用量进一步减少。但交替极磁通反向永磁电机的转矩输出能力仍然比不上传统磁通切换永磁电机。

技术实现要素：

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种转矩密度高、永磁用量少、永磁极间漏磁少的混合定子极定子永磁电机。

技术方案：本发明所述的混合定子极定子永磁电机，包括定子、转子、电枢绕组和不导磁转轴，所述转子围绕所述不导磁转轴外部设置，所述定子围绕所述转子外部设置，所述定子包括定子轭和若干位于定子轭内侧且间隔设置的第一定子极和第二定子极，所述第一定子极包括两个铁心齿和夹在两个铁心齿中间的第一永磁体，所述第二定子极包括铁心凸极和与铁心凸极相邻设置的第二永磁体，所述电枢绕组缠绕于所述第一定子极上。

进一步的，所述第一定子极上的第一永磁体充磁方向为切向，且相邻两个第一定子极的第一永磁体充磁方向相反。

进一步的，所述第一定子极上的第一永磁体整体呈长条形。

进一步的，所述第二定子极上的第二永磁体充磁方向为径向，且相邻两个第二定子极的第二永磁体充磁方向相反。

进一步的，所述第二定子极上的第二永磁体整体呈瓦片形。

进一步的，所述铁心凸极和第二永磁体靠近转子。

进一步的，相邻的两个第二定子极的铁心凸极和第二永磁体的排布次序相反。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：

1、本发明将永磁体、电枢绕组都置于定子上，有利于永磁体和绕组的散热、转子与开关磁阻电机的凸极转子相同，结构简单、坚固、鲁棒性强。

2、本发明与传统磁通切换电机相比，定子槽面积增加，永磁用量显著减少。

3、本发明采用了两种不同定子极结构的混和，可以提高转矩密度，减少永磁极间漏、提高永磁利用率，在家用电器，低速直驱等方面存在显著的应用前景。

附图说明

图1为本发明的电机的截面图；

图2为本发明的电机的A相磁链反向最大时的磁力线分布图；

图3为本发明的电机的A相磁链正向最大时的磁力线分布图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

本实施例提供了一种混合定子极定子永磁电机，如图1所示，包括定子1、转子2、电枢绕组3和不导磁转轴4，转子2围绕不导磁转轴4外部设置，定子1围绕转子2外部设置。定子1为凸极结构，具体包括定子轭1.1和若干位于定子轭1.1内侧且间隔设置的第一定子极1.2和第二定子极1.3，第一定子极1.2包括两个铁心齿1.21和夹在两个铁心齿1.21中间的第一永磁体1.22，第一永磁体1.22充磁方向为切向，且相邻两个第一定子极的第一永磁体充磁方向相反。第二定子极1.3包括铁心凸极1.31和与铁心凸极1.31相邻设置的第二永磁体1.32，铁心凸极1.31和第二永磁体1.32靠近转子2，第二永磁体1.32为表贴式永磁体，充磁方向为径向，且相邻两个第二定子极的第二永磁体充磁方向相反，相邻的两个第二定子极的铁心凸极和第二永磁体的排布次序相反。转子2为凸极结构，包括转子轭2.2和位于转子轭2.2外侧的转子齿2.1，其上既无永磁体，也无励磁绕组。第一永磁体1.22和第二永磁体1.32都为钕铁硼永磁体。电枢绕组3为集中绕组，缠绕于第一定子极1.2上。

该电机运行原理如下：

如图2所示，当转子齿2.1中线接近第一定子极1.2中的一侧铁心齿中线时，A相磁链达到反向最大值，如图3所示，当转子齿2.1中线接近第一定子极1.2中的另一侧铁心齿中线时，A相磁链达到正向最大值。而位于上述两个位置中间的两个位置即可达到A相磁链的零值。当转子旋转时，相磁链正负交变，感应出交变的相反电势，当通入对应频率的三相正弦交变电流时，即可产生稳定的电磁转矩。

以上所述为转子齿数为奇数时的方案，当转子齿数为偶数时，基本的运行原理同样适用，但相反电势谐波显著增大，转矩脉动随之增大。

以上所述的第一定子极和第二定子极上的永磁体排布存在两种方式，其中一种为图1所示的永磁体排布方式，第二定子极上的永磁体与相邻的第一定子极上的永磁体通过定子轭1.1所形成的串联磁路中，两者极性相反，定义为反串，另一种为将图1中第二定子上的永磁体充磁方向全部反向，第一定子极上永磁体的充磁方向不变，此时，第二定子极上的永磁体与相邻的第一定子极上的永磁体通过定子轭1.1所形成的串联磁路中，两者极性相同，定义为正串。反串的永磁体排布方式优于正串的永磁体排布方式，其能产生更大的转矩输出能力，故推荐采用如图1所示的反串的永磁体排布方式。

本发明永磁用量比之同尺寸的传统磁通切换电机显著减少，可以有效降低成本，并且由于槽面积的增大和磁路的变化，使得最终的转矩能力得以提升，也进一步提高了永磁的利用率。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

技术特征：

1.一种混合定子极定子永磁电机，包括定子、转子、电枢绕组和不导磁转轴，所述转子围绕所述不导磁转轴外部设置，所述定子围绕所述转子外部设置，其特征在于：所述定子包括定子轭和若干位于定子轭内侧且间隔设置的第一定子极和第二定子极，所述第一定子极包括两个铁心齿和夹在两个铁心齿中间的第一永磁体，所述第二定子极包括铁心凸极和与铁心凸极相邻设置的第二永磁体，所述电枢绕组缠绕于所述第一定子极上。

2.根据权利要求1所述的混合定子极定子永磁电机，其特征在于：所述第一定子极上的第一永磁体充磁方向为切向，且相邻两个第一定子极的第一永磁体充磁方向相反。

3.根据权利要求1所述的混合定子极定子永磁电机，其特征在于：所述第一定子极上的第一永磁体整体呈长条形。

4.根据权利要求1所述的混合定子极定子永磁电机，其特征在于：所述第二定子极上的第二永磁体充磁方向为径向，且相邻两个第二定子极的第二永磁体充磁方向相反。

5.根据权利要求1所述的混合定子极定子永磁电机，其特征在于：所述第二定子极上的第二永磁体整体呈瓦片形。

6.根据权利要求1所述的混合定子极定子永磁电机，其特征在于：所述铁心凸极和第二永磁体靠近转子。

7.根据权利要求1所述的混合定子极定子永磁电机，其特征在于：相邻的两个第二定子极的铁心凸极和第二永磁体的排布次序相反。

技术总结
本发明公开了一种混合定子极定子永磁电机，包括定子、转子、电枢绕组和不导磁转轴，所述转子围绕所述不导磁转轴外部设置，所述定子围绕所述转子外部设置，所述定子包括定子轭和若干位于定子轭内侧且间隔设置的两种不同结构的定子极，即第一定子极和第二定子极，所述第一定子极包括两个铁心齿和夹在两个铁心齿中间的第一永磁体，第一永磁体呈长条形，为切向充磁，所述第二定子极包括铁心凸极和与铁心凸极相邻设置的第二永磁体，第二永磁体呈瓦片形，为径向充磁，所述电枢绕组缠绕于所述第一定子极上。本发明结构简单，鲁棒性强，可以减少永磁用量，提升转矩能力。

技术研发人员：阳辉;刘杨阳;林鹤云;陈晓敏;
受保护的技术使用者：东南大学;
技术研发日：2021.06.22
技术公布日：2021.10.19